Motorul cu plasmă staționară ( SPD ) este un motor de rachetă electrostatic bazat pe efectul Hall cu scurgere de plasmă neutră, dezvoltat la biroul de proiectare experimentală Fakel cu sprijin științific al IAE numit după A.I. I.V.Kurchatova , MAI și NII PME [1] .
Motorul cu plasmă staționar este un motor rachetă electrostatic cu efect Hall cu xenon ca fluid de lucru . Principiul său de funcționare se bazează pe interacțiunea particulelor de plasmă încărcate cu câmpurile electrice longitudinale și magnetice transversale; este un motor cu o deriva de electroni închisă și o zonă de accelerație extinsă [1] .
Plasma cu xenon este creată în motor datorită descărcării de gaz în canalul coaxial al camerei de descărcare. Datorită caracteristicilor fizice ale descărcării cu o derivă închisă a electronilor, are loc ionizarea aproape completă a fluidului de lucru. Ionii sunt accelerați într-un câmp electric de-a lungul camerei de descărcare, ca urmare, un flux direcționat de ioni (jet de plasmă) curge în afara camerei, ceea ce creează o forță reactivă [1] .
Electronii din plasmă se deplasează în azimut și ionizează atomii de xenon, unii dintre ei cad pe anod, iar cealaltă parte merge împreună cu ionii în jetul de plasmă. La ieșirea din camera de descărcare, electronii compensează potențialul electric al fluxului de ioni și sarcina spațială astfel încât condiția de egalitate la zero a curentului electric total al jetului de plasmă care curge din motor este satisfăcută automat. Din această cauză, potențialul electric al navei spațiale diferă doar puțin de potențialul spațiului înconjurător [1] .
Viteza de evacuare, tracțiunea și consumul de putere al jetului de plasmă la ieșirea din motor sunt determinate de diferența de potențial trecută de ionii în spațiul de accelerare dintre anod și catod. Impingerea depinde si de consumul de fluid de lucru (xenon). Pentru un propulsor cu plasmă staționar, împingerea este aproape direct proporțională cu consumul de fluid de lucru [1] .
Datorită dependenței puternice a puterii de debitul fluidului de lucru, atunci când se creează un motor cu plasmă staționar eficient de putere redusă, este dificil să se asigure câmpul magnetic necesar în canalul de accelerare al unui astfel de motor{{sfn|Kim| .
Ideea creării unui SPD a fost propusă de A.I. Morozov la începutul anilor 1960. În 1968, academicianul A.P. Aleksandrov și proiectantul șef A.G. Iosifyan au luat o decizie istorică de a crea un sistem de propulsie corectivă (KDU) cu SPT. Dezvoltarea primei KDU și integrarea acesteia în nava spațială Meteor a fost realizată în strânsă colaborare cu grupuri de oameni de știință și specialiști de la Institutul de Energie Atomică care poartă numele V.I. I. V. Kurchatova (G. Tilinin), OKB Fakel (K. Kozubsky), OKB Zarya (L. Novoselov) și VNIIEM (Yu. Rylov). În decembrie 1971, sistemul de propulsie cu SPT - KDU „Eol” a fost lansat cu succes în spațiu ca parte a navei spațiale „Meteor”. În februarie-iunie 1972 au fost efectuate primele incluziuni și teste, care demonstrează operabilitatea SPT în spațiu și compatibilitatea cu navele spațiale pe orbite apropiate de Pământ. Înălțimea orbitei a fost crescută cu 17 km.
În 1974, motorul cu plasmă Eol a fost testat cu succes. La începutul anilor 1980, Biroul de Design Fakel din Kaliningrad a început să producă în masă motoare SPD-50, SPD-60, SPD-70 [2] . În 1982, a fost lansat primul satelit de la SPD-70, Geyser No. 1, iar în 1994, satelitul de comunicații Gals-1 a fost echipat cu un nou model SPD-100.
Din 1995, SPT a fost utilizat în sistemele de corecție ale unei serii de nave spațiale geostaționare conectate, cum ar fi Hals , Express , Express-A , Express-AM , Sesat dezvoltat de NPO Applied Mechanics , iar din 2003 - ca parte a sateliților geostaționari străini de tipul Inmarsat , Intelsat-X , IPSTAR-II , Telstar-8 pentru a rezolva problemele de aducere la „ punctul de operare ”, stabilizarea poziției în acest punct, schimbarea „punctului de operare” dacă este necesar și retragerea din acesta la sfarsitul functionarii.
Până în ianuarie 2012, un total de 352 de motoare SPT au fost instalate pe navele spațiale lansate în spațiu [3] .
Specificul acestui motor, precum și al altor motoare electrice cu rachete , este o viteză semnificativ mai mare de expirare a fluidului de lucru în comparație cu motoarele chimice utilizate anterior , ceea ce face posibilă reducerea semnificativă a rezervelor de fluid de lucru necesare pentru rezolva problemele de mai sus. Utilizarea sa ca parte a navelor spațiale geostaționare permite creșterea cotei de masă a echipamentelor țintă și a perioadei de existență activă a acestora până la 12-15 ani. Datorită acestui fapt, eficiența KA este semnificativ crescută.
OKB „Fakel” produce diverse motoare care diferă în ceea ce privește caracteristicile de tracțiune, greutate și dimensiune, consumul de energie pentru diferite nave spațiale [4] .
| Model | Scop | Împingere, mN | putere, kWt | Impuls specific, s | Eficiența tracțiunii, % | Resursa, h | Greutate, kg | Exemple de KA [3] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SPD-290 | sarcinile de marș și transport ale navelor spațiale grele cu un raport mare putere-greutate | până la 1500 | 5-30 | până la 3300 | până la 65 | 27000 | 23 | ca parte a centralei de propulsie electrică nucleară din clasa megawați [5] [1] [6] |
| SPD-230 | etape superioare pentru a aduce nava spațială dintr-un lansator foarte eliptic pe o orbită geostaționară | până la 785 | până la 15 | pana la 2700 | până la 60 | — | 25 | |
| SPD-200 | ascensiunea ulterioară a unei nave spațiale de pe o orbită de lansare extrem de eliptică la una geostaționară ca parte a unei etape superioare bazată pe un sistem de propulsie electrică cu o putere de 10 ... 15 kW | 500 | cincisprezece | 2500 | până la 60 | 18000 | cincisprezece | |
| SPD-140 | transportul interorbital, corectarea orbitei navelor spațiale geostaționare grele | 300 | 7 | 2000 | > 55 | 10000 | 7.5 | Eutelsat 172B [7] |
| SPD-25 [8] | corectarea orbitei, manevrele, orientarea, stabilizarea navelor spațiale mici (~100 kg masa) | 7 | 0,1 | 800 | douăzeci | 1500 | 0,3 | |
| SPD-50 | EPS pentru nave spațiale mici | 14 [8] | 0,22 | 860 | 26 | ≥2500 | 1.23 | Meteor 1-27 , Kosmos-1066 , Kanopus-V |
| SPD-60 [9] | EPS pentru nave spațiale mici | treizeci | 0,5 | 1300 | 37 | 2500 | 1.2 | niște nave spațiale din seria Meteor |
| SPD-70 | EP pentru vehicule spațiale medii | 40 | 0,66 | 1470 | 43 | 3100 | 2 | Express-MD1 , KazSat-2 , … |
| SPD-100V | EPS ale diverselor nave spațiale | 83 | 1.35 | 1600 | 45 | >9000 | 3.5 | Express-AM44 , AMOS-5 , ... |
| PPS-1350-G | Tehnologia SPD-100 reprodusă în Europa de Snecma Moteurs în baza unui acord între OKB FAKEL și Snecma Moteurs | 84 | 1.5 | 1668 | 46 | 7000 | 3.5 | SMART-1 |